Mario Enrique Arias Salguero 2018 Manantial Los Chorros Tacares de Grecia Foto: Mario Arias, 2014. M A N A N T I A L E S i MANANTIALES ii “Agua de manantial, no hay otra igual”. Proverbio español iii A los compañeros: Ricardo, José Daniel, Juan, Carlos, colegas, y asistentes, quienes a lo largo de estos años me han acompañado a visitar tantos manantiales. iv Presentación Manantiales, es una contribución al entendimiento de las fuentes de agua y del caminar necesario para comprender su origen, con el fin de trasladar el conocimiento adquirido y su importancia a la sociedad. En nuestro país, muchos de los entes encargados del abastecimiento público de agua potable aprovechan manantiales. La mayoría de ellos ubicado en regiones montañosas que captan acuíferos volcánicos fracturados, por ello; es necesario que estos entes comprendan la importancia de su origen, clasificación y medidas de protección efectiva que promuevan el mantenimiento de la calidad y cantidad del agua, reconociendo su valor como fuente de abastecimiento público de un alto porcentaje de nuestra población. La comprensión de cada manantial, debe tomar en consideración la diversidad de condiciones hidrogeológicas de los acuíferos, tanto porosos como fracturados, y establecer soluciones técnicas basadas en el modelo conceptual hidrogeológico. Para ello, se requiere de una serie de estudios que sustenten dicho modelo establecido a partir del mejor criterio geológico posible, por lo tanto; es necesario la aplicación de nuevos enfoques basados en el conocimiento geológico, geomorfológico, estructural, litológico, geofísico e hidrogeoquímico del sitio de afloramiento de agua. Manantiales, es un aporte del proyecto de Acción Social denominado: La Cultura del Agua como instrumento para la Gestión Integrada del Recurso Hídrico, inscrito en la Universidad de Costa Rica, que enfoca uno de sus objetivos específicos a; contribuir al fortalecimiento de la Cultura del Agua, por medio de la divulgación y capacitación con respecto a la situación de este recurso a nivel nacional, para que la información sea utilizada en la toma de decisiones. Con la intensión de que documento sea divulgado y utilizado por todos aquellos que lo requieran, se autoriza su reproducción, parcial o total, siempre y cuando se cite apropiadamente la fuente. v Índice Contenido Página MANATIALES Manantial 2 Clasificación de Manantiales 3 Ubicación, distribución y temporalidad 3 Medios porosos y medios fracturados 3 Litología 5 Tipo de descarga 6 Caudal 10 Tipo de captación 10 ESTUDIOS EN MANANTIALES Nuevas líneas de investigación 15 Aforos 17 Pruebas de infiltración 19 Protección de Manantiales 21 La Gestión del Riesgo en los Manantiales 24 CASOS DE ESTUDIO Manantial Los Chorros, Grecia 29 Manantial Celedonio, Cartago 34 Manantial Quebrada Bonita, Acosta 38 Manantial Monserrat, San Ramón 44 Manantiales Río Cuarto 48 Manantial de la Basílica, Cartago 51 Referencias 60 1 MANANTIALES Nacimiento de las aguas cristalinas Captación del Manantial Los Chorros, Upala. Foto: Mario Arias, 2018. Manantial sin captar Las Lucas, Guatuso. Foto: Mario Arias, 2018. 2 Manantial Es conocido como naciente, fuente, brote, ojo de agua. Es la salida o descarga natural del agua subterránea proveniente de un acuífero. Agua Subterránea Acuífero Es el agua que se encuentra en los poros y fracturas de las rocas, la gran mayoría de ella es producto de la infiltración del agua de lluvia en el suelo, y en algunos otros casos por interacción de lagos y ríos con los reservorios del agua subterránea. Es el reservorio de agua subterránea y consta de un estrato, formación o elemento geológico saturado que permite la circulación del agua por sus poros y fracturas, a partir de donde el ser humano la aprovecha para satisfacer sus necesidades por medio de pozos y manantiales. El manantial puede estar constituido por uno o más afloramientos de agua y surgir tanto en superficie como por debajo de un nivel de agua de un río, lago o incluso del mar. Dibujo que muestra diversos tipos de manantiales: 1: Manantial intermitente producto de un acuífero colgado. 2: Manantial de un acuífero libre en rocas tipo aluvión que descarga en el río. 3: Manantial de un acuífero confinado en lavas que descarga como flujo base del río. 4. Manantial de un acuífero semiconfinado en rocas tipo tobas. 5: Manantial en un acuífero libre en rocas tipo lavas fracturadas. Dibujo: Mario Arias, 1998. 3 Clasificación de Manantiales Los manantiales se pueden caracterizar en función de su ubicación, origen, caudal, calidad, tipo de captación entre otros, veamos algunas de estas categorías. Ubicación, distribución y temporalidad Es la clasificación más sencilla, tal y como se detalla a continuación: Ubicación Distribución Temporalidad Ladera Concentrado Permanente Fondo Difuso Intermitente (no permanente) En los manantiales de ladera, el agua aflora hacia la superficie por efecto de la gravedad; mientras que en los manantiales de fondo, el agua aflora en forma ascendente hacia la superficie por efecto del confinamiento del acuífero, que está a una presión mayor a la atmosférica. Si el afloramiento de agua es en un solo punto y sobre un área pequeña, se considera un manantial concentrado y cuando aflora el agua por varios puntos en un área mayor, es un manantial de tipo difuso. La temporalidad del manantial, tiene que ver con el lapso en el cual el agua aflora en el sitio. Si el manantial mantiene caudal a lo largo de todo el año, se considera un manantial permanente. Por el contrario; si solamente aflora agua en algunos meses del año se considera intermitente. Medios Porosos y Medios Fracturados Como el manantial es la descarga natural del agua subterránea que se almacena y viaja en el acuífero, una manera de clasificarlos es en función de cómo se moviliza dentro de los poros y/o fracturas de las rocas. 4 En los manantiales de medios porosos, el agua subterránea viaja preferencialmente entre los espacios vacíos e interconectados de las rocas porosas (sedimentarias y volcánicas tipo piroclastos como las tobas). En los manantiales de medios fracturados, el agua viaja preferencialmente entre las fracturas, independientemente del origen de estas, ya sea de enfriamiento (por ejemplo en rocas tipo ignimbritas), por diaclasamiento debido a esfuerzos tectónicos (por ejemplo en rocas tipo lavas) o por disolución (por ejemplo en rocas calizas). Manantial en Medios Porosos. Grecia de Alajuela. Foto: Mario Arias, 2009. 5 Manantial en Medios Fracturados. Grecia de Alajuela. Foto: Mario Arias, 2014. Litología La clasificación en función del tipo de roca en que afloran, fue propuesta por Tolman en 1937, es meramente geológica y contempla los tres grandes tipos de rocas:  Manantiales aflorantes en rocas sedimentarias: areniscas, calizas, aluviones, entre otras.  Manantiales aflorantes en rocas plutónicas: para Costa Rica corresponderían principalmente a lavas producto de emisiones de los volcanes.  Manantiales aflorantes en rocas metamórficas: poco frecuentes en nuestro país, a excepción de algunas cornubianitas que son malas productoras de agua. 6 Tipo de Descarga La clasificación de manantiales en función del tipo de descarga, contempla el contexto hidrogeomorfológico así como los micro-hábitats y ecosistemas. El objetivo de esta clasificación está orientado a la conservación y gestión de los ecosistemas de manantiales. La siguiente tabla detalla las características geológicas principales de cada tipo. Tipo de manantial Características geológicas principales Dibujo Caverna Característicos de ambientes calcáreos, son los manantiales que emergen dentro de una caverna y no están directamente conectados con un flujo superficial. Expuesto Cuevas, fracturas o sumideros donde el acuífero no confinado está expuesto cerca la superficie. Tubo Flujo de fuente concentrado que brota de una pared de un acantilado, producto de un acuífero no confinado. 7 Jardines colgantes El flujo por goteo, emerge generalmente horizontalmente a lo largo de un contacto geológico sobre la pared de acantilado producto de un acuífero no confinado. Fuente Fuente artesiana con dióxido de carbono (CO2) presurizado en un acuífero confinado. Geyser Flujo explosivo de agua caliente de un acuífero confinado. Suampos (Helocrene) Emerge como humedales de bajo gradiente; presenta a menudo fuentes indistintas o múltiples que nace desde acuíferos poco profundos y no confinados. 8 Manantial en pendiente (Hillslope) Emerge de acuíferos confinados o no confinados en una ladera (30-60 grados de pendiente); a menudo múltiples fuentes. Zona boscosa (Hypocrene) Un manantial cubierto donde el flujo no llega a aflorar a la superficie, debido a una descarga muy baja y alta evaporación o transpiración. Piscinas (Limnocrene) Acumulaciones en forma de piscinas, producto del surgimiento de agua por diversas estructuras geológicas, puede darse en acuíferos confinados o no confinados. Formación de cerros Emerge de un montículo mineralizado, frecuentemente en sistemas magmáticos o de falla, pueden ser calientes y emitir cantidades significativas de dióxido de carbono (CO2). 9 Canales de humedad (Rheocrene) El agua que fluye, emerge en uno o más canales de transmisión. Léase: A: acuífero, I: capa impermeable, S: manantial. Fuente: Springer & Stevens, 2009. Otros parámetros geológicos que explican la existencia de manantiales, son:  Cambios topográficos, que exponen en superficie el nivel de agua subterránea.  Contactos entre diferente tipo de roca, en función de su porosidad, permeabilidad, grado de fracturamiento, que debido a las condiciones hidrogeológicas no permite que el agua siga almacenada o infiltrándose en las rocas.  Estructuras geológicas como fallas y pliegues que facilitan el flujo de agua subterránea hacia la superficie. 10 Caudal La clasificación según la cantidad de agua que descarga el manantial, fue propuesta por Meinzar en 1923 y está constituida por ocho grupos, según el siguiente cuadro. Grupo Caudal (Meinzar, 1923) Caudal normalizado a l/s Primero Mayor a 2,80 m3/s Mayor a 2800 Segundo Entre 0,28 m3/s y 2,8 m3/s Entre 280 y 2800 Tercero Entre 28 l/s y 280 l/s Entre 28 y 280 Cuarto 6,6 l/s y 28 l/s Entre 6,6 y 28 Quinto 40 l/min y 400 l/min Entre 0,66 y 6,6 Sexto 4 l/min y 40 l/min Entre 0,06 y 0,66 Séptimo 0,5 l/min y 4 l/min Entre 0,0083 y 0,06 Octavo Menor a 0,5 l/min Menor a 0,0083 Donde: s = segundo min = minuto l =: litro m3:= metro cúbico La fluctuación del caudal de un manantial depende de la cantidad de recarga por lluvia, la geometría de la zona de recarga y de los parámetros propios del acuífero (tipo de suelo, velocidad de infiltración del agua, tipo de acuífero entre otros), además del efecto de descarga artificial (pozos) y de la impermeabilización y/o deforestación en las zonas de recarga. Tipo de Captación La clasificación en función del tipo de captación del manantial depende del tipo de la fuente y de la calidad y cantidad de agua. El diseño de cada estructura tendrá características típicas, por ejemplo: Cuando la fuente de agua es un manantial de ladera y concentrado, la captación propiamente dicha o protección del afloramiento de agua consta de una losa de concreto que cubre toda la extensión del área adyacente al afloramiento de modo que no exista contacto con el ambiente exterior, quedando así sellado para evitar la contaminación. 11 Fotografía de un manantial de ladera concentrado, en la cual se aprecia la estructura de captación. Manantial El Altar, Sarapiquí. Foto Mario Arias, 2012. Si se considera como fuente de agua un manantial de fondo y concentrado, la estructura de captación podrá reducirse a una cámara sin fondo que rodee el punto donde el agua brota. Generalmente, la misma captación sirve para almacenar el agua y regular el caudal a utilizarse. Si estamos en presencia de manantiales difusos, cercanos unos a otros, generalmente se construyen varias captaciones interconectadas hacia un tanque de recolección en el cual se trata el agua con cloración y se inicia la línea de conducción. 12 Fotografía de manantiales difusos de fondo, en la cual se aprecian varias captaciones de agua subterránea. Manantial Las Gemelas, Sarapiquí. Foto Mario Arias, 2012. En función de la seguridad de la infraestructura de captación se utiliza la siguiente clasificación; implementada por el suscrito desde el año 2009:  Muy bueno: la captación tiene malla de protección perimetral que limita el acceso gracias al candado. Se cuenta con rotulación preventiva y de vigilancia de la infraestructura. El área alrededor está limpia de basura. La captación es de cemento, está pintada, no presenta fugas, las tapas cuentan con candado. Se respeta el caudal ecológico, hay desviación de aguas pluviales.  Bueno: tapa con candado, captación de cemento, sin fugas, desviación de aguas pluviales. 13  Regular: captación de cemento con tapa.  Malo: captación rústica sin seguridad. Fotografía de la captación del Manantial Santa Fe, Guatuso. Obsérvese la malla perimetral de protección, el enchape en cerámica de la captación e incluso se encuentra techada. Foto Mario Arias, 2018. Fotografía de captación rudimentaria de un manantial en Cachí. Foto: Mario Arias, 2015. 14 ESTUDIOS EN MANANTIALES Camina hasta la fuente para comprender su origen. Camino al Manantial Los Berros, Upala. Foto: Ricardo Pastrana, 2018. Camino a los Manantiales Maleku, Guatuso. Foto: Ricardo Pastrana, 2018. 15 La comprensión de cada manantial, debe tomar en consideración la diversidad de condiciones hidrogeológicas de los acuíferos, tanto porosos como fracturados, y establecer soluciones técnicas basadas en el modelo conceptual hidrogeológico. Para ello se requiere de una serie de estudios que sustenten dicho modelo establecido a partir del mejor criterio geológico posible y no únicamente a partir de perforaciones exploratorias que en la gran mayoría de los casos son improcedente por el costo, acceso al sitio y trámites administrativos en los que se enfrascan las diversas instituciones estatales de nuestro país. Nuevas líneas de investigación En nuestro país, muchos de los entes encargados del abastecimiento público de agua potable aprovechan manantiales, la mayoría de ellos ubicado en regiones montañosas que captan acuíferos volcánicos fracturados y en los que las pruebas de bombeo y otros datos como el nivel piezométrico no están disponibles. Razón por la cual; el estudio y delimitación de las zonas de protección utilizando los métodos basados en datos hidráulicos de los acuíferos y modelos numéricos a partir del flujo de medios porosos, no deben ser aplicados técnicamente. Por el contario; es necesario considerar parámetros fisicoquímicos como: temperatura, conductividad eléctrica, iones mayores presentes en el agua, el grado de turbidez, los cuales son muy útiles para caracterizar mejor el contexto hidrogeológico del sistema acuífero. De igual manera; los hidrogramas de descarga en el manantial, pueden ser utilizados para caracterizar el tiempo de recarga, la variación temporal y su grado de vulnerabilidad. Ejemplo hipotético de hidrograma de descarga de manantial. El primero muestra una baja vulnerabilidad del manantial y el otro una alta vulnerabilidad del manantial, debido a la rápida respuesta de los parámetros de conductividad eléctrica, temperatura y caudal con respecto a la recarga producto de la precipitación. Conductividad eléctrica (CE) Temperatura (T) Caudal (Q) Tiempo (días) Precipitación (mm) Precipitación (mm) (CE) (T) (Q) Tiempo (días) 16 El hidrograma anterior, muestra como en uno de los manantiales, después de eventos intensos de precipitación, se mantienen homogéneos los valores de temperatura, conductividad eléctrica y caudal, evidenciando que la recarga es regional y no está influenciada por precipitaciones de corto periodo y alta intensidad. Por el contrario; el otro hidrograma, muestra una respuesta directa de los parámetros fisicoquímicos del agua del manantial en función del régimen de precipitación, evidenciando una recarga directa y por ende un grado de vulnerabilidad mayor. El estudio del agua subterránea en los medio fracturados debe diferenciarse de los estudios hidrogeológicos tradicionales en medios porosos. Tanto la dirección del flujo del agua, así como la vulnerabilidad y riesgo de contaminación en ambientes volcánicos típicos de medios fracturados está influenciada por el grado, intensidad, espaciamiento y continuidad de las fracturas de la roca por la cual viaja el agua subterránea y eso; no se debe obviar. Debido a la gran diversidad de condiciones geológicas e hidrogeológicas de los medios fracturados, no es posible delinear zonas de protección para los manantiales utilizando un único método, ni haciendo rotaciones del tubo de flujo de manera arbitraria. Por lo tanto; es necesario la aplicación de nuevos enfoques basados en el conocimiento geológico, geomorfológico, estructural, litológico, geofísico e hidrogeoquímico del sitio de afloramiento de agua. Diversos autores a nivel internacional, entre ellos: Barton et al., (1999), Baumle; et al., (2001); Becker, et al., (2003); Berkowitz (2002); Bensson (1990); Bradbury (2002); Dubois (1991); Gentry & Burbey (2004); JamLaier (1975); Krasny et al., (2003); Lipfer et al., (2004); Maloszewski et al., (1999); Marechal (1998); Pochon & Zwahlen (2003); Pochon, et al., (2003, 2006 y 2008), Robinson & Barker (2000), han desarrollado metodologías para el estudio del agua subterránea en medios fracturados, considerando elementos como el flujo (a partir de trazados químicos o biológicos), vulnerabilidad hidrogeológica, descarga de manantiales y delimitación de zonas de protección de nacientes. Se presentan a continuación, algunos de los estudios tanto clásicos como innovadores que hay que comenzar a implementar en los manantiales de nuestro país, no solo para comprender su funcionamiento, sino también para que sirvan como insumo en el proceso de gestión que desarrollan los diversos entes operadores de acueductos, en beneficio de la calidad y cantidad del recurso y en el mantenimiento y mejoras de la calidad de vida de los usuarios abastecidos. 17 Aforos El conocimiento de la variación del caudal que produce un manantial, es de suma importancia en los estudios hidrogeológicos y para la gestión misma del ente operador del servicio de agua potable. De acuerdo con la calidad y la cantidad de los registros de caudales necesarios, las mediciones se pueden hacer de una manera continua o de una manera puntual e instantánea, las mediciones continuas de caudales requieren de la instalación de una estación medidora o de una estación registradora. Las mediciones aisladas, puntuales o instantáneas, se realizan en determinados momentos en que se desee conocer la magnitud del caudal producido por la fuente de agua. Existen diferentes métodos, y dentro de cada uno de ellos variaciones que dependen del cuerpo de agua que se va a medir, a continuación se describirá el procedimiento básico del aforo volumétrico por considerarse el de uso más común para cuantificar un manantial. El aforo volumétrico con balde, es el método utilizado preferencialmente para la determinación del caudal en los manantiales, es funcional para pequeños y medianos caudales. El aforo volumétrico consiste en medir el tiempo que dura el agua en llenar un recipiente de volumen conocido, para lo cual el caudal es fácilmente calculable con la siguiente ecuación: Q=v/t. El procedimiento de campo es muy sencillo:  Una persona, debe utilizar un cronometro, otra persona debe mantener el recipiente de volumen conocido cerca de la salida del flujo de agua del manantial. Con una buena coordinación, se coloca el recipiente en el chorro de agua del manantial y simultáneamente se activa el cronometro. Este proceso finaliza en el momento en que el agua llegue a la marca del recipiente y se desactiva el cronometro inmediatamente.  El resultado de este procedimiento es el caudal (Q) y se determina a partir de la razón entre: el volumen de llenado (v) dividido entre el tiempo de llenado (t). El mismo; debe ser repetido cinco veces, de esta manera se verifica si el flujo es constante o variable.  Para su registro, se debe completar la siguiente tabla. 18 TABLA PARA AFORO VOLUMÉTRICO Nombre del Acueducto: _____________________________________________ Nombre del Manantial:_______________________________________________ Nombre del Funcionario: _____________________________________________ Fecha: __________________ Volumen del recipiente: ______________litros PRUEBA TIEMPO DE LLENADO DEL RECIPIENTE 1 2 3 4 5 Promedio (segundos) Caudal: Q =v/t = _________litros / __________ segundos = _________ l/s Las fotografías siguientes ilustran del procedo de aforo de un manantial con el método volumétrico. Fotografías del proceso de aforo de la Naciente La Poma. Foto: Ricardo Pastrana, 2018. 19 Prueba de infiltración La infiltración es; el proceso mediante el cual el agua penetra desde la superficie del terreno hacia el suelo. Muchos factores influyen en la tasa de infiltración, incluyendo la condición de la superficie del suelo y su cobertura vegetal, las propiedades del suelo, tales como porosidad y conductividad hidráulica y el contenido de humedad presente en él. Para determinar la infiltración de campo, se utilizan diferentes metodologías en función del objetivo. Como en gran medida el objetivo es determinar cuánto del agua de lluvia se recarga en el área de influencia del manantial, y cuál es la velocidad de un potencial contaminante que viaje en agua por el suelo hasta llegar al manantial, se utiliza la metodología de prueba de infiltración con doble anillo. Este ensayo se realiza en el campo, generalmente algunos metros aguas arriba del manantial. Para tal efecto; se introducen los anillos en el suelo con una regla graduada y se agrega agua hasta una elevación de referencia. A partir de los tiempos establecidos en la tabla siguiente que se adjunta, se mide la altura de la columna de agua en el anillo interior. Así se obtiene la taza de infiltración, que al graficarse se puede correlacionar y estimar ese valor de infiltración constante como la permeabilidad del suelo, asumiendo un gradiente hidráulico completamente vertical, debido al grado de saturación del medio. Fotografía de una prueba de infiltración de doble anillo, y su respectiva gráfica en la cual muestra la velocidad de infiltración de agua en el suelo en función del tiempo de la prueba. Datos de la Fuente 1 de Bijagua en Upala. Foto Mario Arias, 2018. El valor de la permeabilidad del suelo, es de gran utilidad para estimar la recarga potencial de agua al acuífero que alimenta ese manantial, así mismo; para estudios de tránsito de contaminantes, especialmente para el análisis del riesgo de contaminación por coliformes fecales producto de la instalación de tanques sépticos en las inmediaciones del manantial. 20 TABLA PARA LA PRUEBA DE INFILTRACION METÓDO DE DOBLE ANILLO Fecha:________________________ Lugar: _____________________________ Código de la Prueba:____________ Coordenadas:_______________________ Características del suelo: _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ Tiempo Diferencia tiempo Lectura (cm) Cambio lectura (cm) Lectura acumulada (cm) Infiltración (cm/h) 0 1 2 3 4 5 6 8 10 12 15 20 25 30 35 40 50 60 75 90 105 120 Investigador:_________________________Proyecto_________________________ 21 Protección de Manantiales La protección del agua subterránea, se realiza de una manera diferenciada en función de la escala de trabajo, sea a nivel de acuífero o a nivel de manantial. En el primer caso, lo que corresponde es la elaboración del mapa de vulnerabilidad, mientras que en el caso de manantiales lo que procede es la determinación de los tubos de flujo y delimitación de las zonas de protección. La zona de protección de un manantial, puede ser definida como el área de captura de la recarga (tubo de flujo), es decir; el perímetro en el que la recarga al acuífero será captada por el manantial de abastecimiento de agua en consideración. La delimitación de los perímetros de protección de los manantiales puede ser realizada utilizando una amplia variedad de métodos, cuya selección dependerá fundamentalmente del contexto hidrogeológico y de la disponibilidad de los datos, algunas de estas metodologías son: El método analítico, descrito por varios autores (Tood, 1980; Fetter 1994; Mc Whorter & Sunada, 1999; recopilado y ejemplificado en Vargas 2002). Se aplica dependiendo del régimen de acuífero (ya sea libre o confinado) y se calcula el ancho máximo de la zona de captura (tubo de flujo) en el sentido perpendicular a la dirección de flujo del agua subterránea, así como el punto de no retorno de aguas abajo del manantial en sentido de la dirección de flujo. Los modelos analíticos están basados en la ecuación del flujo del agua en medios porosos, por eso están limitados por varias hipótesis que restringen su uso en condiciones hidrogeológicamente complejas, incluyendo la necesidad imperiosa de datos hidráulicos del acuífero que abastece al manantial, no estando disponibles en muchos de los casos; por ejemplo cuando se está en presencia de acuíferos fracturados o cuando se captan manantiales de acuíferos colgados muy superficiales. El método de las isócronas, utiliza como criterio el tiempo de tránsito y evalúa el tiempo que un contaminante ideal (el agua) tarda en llegar al manantial que se desea proteger. Esta evaluación pretende definir zonas alrededor de las captaciones, para que el resultado de una actividad potencialmente contaminante tarde en llegar a la misma, un tiempo que permita su degradación o proporcione una capacidad de reacción que haga posible un cambio temporal en la fuente de suministro a la población, hasta que la degradación de la calidad de las aguas extraídas disminuya a límites aceptables. 22 La metodología de distancia arbitraria de radio fijo, es muy útil en casos donde se requiera dar una atención inmediata ante una contaminación inminente. En el artículo 31 de la Ley de Aguas, declara “como reserva a favor de la Nación, las tierras que circundan los sitios de captación o tomas surtidoras de agua potable, en un perímetro no menor de doscientos metros de radio”. En el artículo 149, de esta misma ley., se establece la prohibición de destruir, tanto en los bosques nacionales como privados, los árboles situados a menos de setenta metros de los manantiales que nazcan en cerros o a menos de cincuenta metros de los que nazcan en terrenos planos. Por su parte; la Ley Forestal en el artículo 33 señala como áreas de protección “las áreas que bordean nacientes permanentes, definidas en un radio de cien metros medidos de modo horizontal”. Entre las ventajas de esta metodología arbitraria están:  Existe en nuestro país, la norma jurídica que regula los radios de protección.  Permite una atención inmediata ante una contaminación inminente.  No requiere estudio técnico del sitio.  El costo económico de su aplicación es mínimo. Por su parte, las desventajas de su aplicación son:  No es una medida regulatoria basada ni en la ciencia, ni en la técnica.  No toma en consideración las características propias de cada manantial (origen, caudal).  Delimita zonas que no necesariamente permiten una protección efectiva ante la contaminación y/o reducción del caudal.  Tiende a generar conflictos por el uso del suelo, especialmente aguas abajo de la naciente. El método hidrogeomorfológico, es recomendado para acuíferos volcánicos, con manantiales someros (Losilla, 1992). La definición del área de protección se basa en la divisoria de la cuenca hidrográfica donde se encuentra el manantial. En ella, se asume que los límites de la cuenca hidrográfica coinciden con los límites de la cuenca hidrogeológica. Con esta metodología, se sigue la curva de elevación topográfica más baja del manantial a ambos lados del mismo, hasta cruzar un río importante considerado como influente; a partir de esto se sigue por la divisoria de las sub-cuencas hasta unirse en su parte superior. En la práctica; se recomienda hacer varias subdivisiones dentro de la zona de captación, ellas son: 23 El área interna de máxima protección es la zona operacional, que comprende un área pequeña de tierra alrededor del mismo manantial. No se debería permitir actividades que no estén relacionadas propiamente con la extracción de agua, e incluso estas actividades deberán estar celosamente evaluadas y controladas para evitar la posibilidad de que contaminantes alcancen directamente la zona de captación del manantial. La especificación de la dimensión de ésta área es arbitraria. La zona de protección interna, tiene como objetivo la prevención de la contaminación patogénica de las captaciones de aguas subterráneas y es basada en la distancia equivalente a un tiempo de flujo horizontal específico. El tiempo empleado en nuestro país es de 70 a 100 días, mismo que corresponde al tiempo de persistencia de organismos patógenos en la zona no saturada de tipo granular y fracturada respectivamente (Losilla & Rodríguez, 1994). La zona de protección exterior que puede ser definida para una fuente individual es su área de captura de la recarga en un acuífero libre (tubo de flujo). Este es el perímetro en el que toda la recarga del acuífero (proveniente de la precipitación y/o cursos de agua superficiales) será captada por la fuente de abastecimiento de agua en consideración. Las áreas de captura de la recarga son muy importantes no solo para la protección de la calidad sino también en términos de manejo del recurso, y en situaciones de explotación intensiva del agua subterránea se podrían usar como áreas de conservación (o reserva) del recurso para abastecimiento de agua potable. Los factores clave que determinan la geometría de la envolvente de las zonas de captura de los manantiales son el régimen de recarga del acuífero y las condiciones de borde; sus formas pueden variar desde muy simples hasta altamente complejas. Las formas más complejas pueden ser el resultado de interacciones río-acuífero variables, límites geológicos o variaciones laterales en las propiedades hidráulicas. Por ejemplo, en los casos en que las fuentes de abastecimiento están localizadas a una gran distancia de los bordes del acuífero y/o cuando el caudal de extracción es pequeño, el gradiente hidráulico es pronunciado y la transmisividad es alta, se delimitan zonas de protección largas y angostas. 24 La Gestión de Riesgo en los Manantiales Los sistemas de acueductos basados en la captación de manantiales presentan una serie de características que los hacen especialmente vulnerables, entre ellas: gran extensión geográfica, ubicación de muchos de sus componentes en zonas de amenaza natural, condiciones de diseño poco flexibles, la necesidad de funcionamiento continúo y de brindar el servicio de calidad. La ubicación geográfica y tectónica de nuestro país, condiciona la existencia permanente de amenazas naturales, que junto con las antrópicas deben ser caracterizadas para gestionar su riesgo a partir del nivel de exposición. Los sismos y erupciones volcánicas, así como los deslizamientos, tsunamis, flujos de lodo (lahares), las mismas inundaciones y los procesos erosivos son eventos geológicos de ocurrencia reiterada a lo largo de la historia del país. Los sistemas de agua potable en general, presentan diferente grado de afectación en función de la amenaza que los impacta, entre ellos: Efectos de un terremoto:  Destrucción parcial o total de las estructuras de captación, conducción, tratamiento, almacenamiento y distribución (terremoto de Limón, 1991).  Ruptura de tuberías de conducción y distribución, daños en las uniones entre tuberías o con tanques, con la consiguiente pérdida de agua (terremoto de Sámara, 2012).  Modificación en la calidad del agua debido a deslizamientos asociados al terremoto.  Variación (disminución) de caudal de las captaciones (pozos y manantiales).  Cambio de sitio de salida de aguas de manantiales y/o cambio del nivel freático (terremoto de Cinchona, 2009).  Daños por inundación costa adentro por impacto potencial de tsunamis. Efectos de una erupción volcánica:  Destrucción parcial o total de la infraestructura en las áreas de influencia directa de los flujos, generalmente restringidas al cauce de los drenajes que nacen en el volcán. 25  Obstrucción por las cenizas en obras de captación, desarenadores, tuberías de conducción, floculadores, sedimentadores y filtros (volcán Turrialba, 2016).  Modificación de la calidad del agua en captaciones superficiales y en reservorios abiertos por caída de ceniza.  Contaminación de ríos, quebradas y pozos en zonas de depositación de lahares. Efectos de un deslizamiento:  Cambio de las características fisicoquímicas del agua que dificultan su tratamiento.  Destrucción parcial o total de las obras de captación y conducción ubicadas sobre o en la trayectoria de deslizamientos activos.  Contaminación del agua en las áreas de captación superficial en zonas montañosas.  Taponamiento de los sistemas de alcantarillado por acumulación de lodo y piedras. Fotografía que muestra la afectación en la estructura de captación de uno de los manantiales de la ASADA Pataste, producto del movimiento del suelo. Foto: Ricardo Pastrana, 2018. 26 Efectos de una inundación:  Destrucción total o parcial de captaciones localizadas en ríos y quebradas.  Daños en estaciones de bombeo cercanas a cauces (Puerto Jiménez, 2016).  Pérdida de captación por cambio de cauce del afluente.  Contaminación del agua en las cuencas captadas.  Falla de tuberías expuestas en pasos de ríos y quebradas. Efectos de un huracán:  Falla de tuberías debido a torrentes en pasos expuestos, tales como ríos y quebradas.  Ruptura y desacoples de tuberías en zonas montañosas, debido a deslizamientos y torrentes de agua.  Ruptura y daños en tapas de tanques y reservorios. Afectación al techo de la estructura que resguarda al clorador de una naciente en Bijagua, producto de la caída de un árbol por efecto de las ráfagas de viento generadas por la Onda Tropical Nate. Foto: Mario Arias, 2018. Efectos de la sequía:  Disminución del caudal de agua superficial y subterránea.  Acumulación de materia sólida en los sistemas de alcantarillado.  Introducción de agua marina en acuíferos costeros, por efecto de regímenes de bombeo inapropiados en los pozos (acuíferos costeros de Guanacaste, 2016). 27 Efecto de amenazas antrópicas:  Vandalismo de la infraestructura.  Contaminación del agua (pozo AB-1089 contaminado con hidrocarburos, Barreal de Heredia, 2004).  Incendios en infraestructura cercanas (Químicos Holanda en Limón, 2006). Otras afectaciones comunes a todas estas amenazas son: los impactos indirectos debido a la suspensión de caminos, servicios eléctricos y comunicaciones. La necesidad de suministro de agua mediante camiones cisterna, con la consiguiente pérdida de calidad y aumento de costos. Por este motivo, es indispensable el análisis de las amenazas naturales y antrópicas en las inmediaciones del manantial y su impacto en el sistema de acueducto. Desde el año 2009, estamos utilizando una guía de caracterización de manantiales, que incluye la identificación de las fuentes potenciales de contaminación en un radio de 100 m del manantial, tal y como se observa en el siguiente cuadro. Determine la distancia al manantial de: cultivos, bosques, pastos, infraestructura u otros dentro de los 100 m de radio establecidos como zona de protección en la Ley Forestal. Describa si el manantial presenta alguna amenaza antrópica o natural: Presente y describa fotos del manantial Por su parte; el reglamento de agua potable vigente (decreto 38924-S) incluye una guía de inspección del proceso de vigilancia de la calidad del agua, estando una de las fichas de campo enfocadas a los manantiales, en la cual se identifican algunos de los factores de riesgo en función de la infraestructura. N 28 ASADA Medio Queso, 2018 ASADAS de Upala, 2018 ASADAS San Ramón, 2018 ASADA Rincón de la Vieja, 2018 Conferencia de Prensa en AyA, 2017 Consejo Municipal de San Ramón, 2018 Fotos: Diario Extra, 2017 y Ricardo Pastrana, 2018. CASOS DE ESTUDIO Trasladar el conocimiento al auditorio social. 29 MANANTIAL LOS CHORROS, GRECIA Con el objetivo de comparar las características hidrogeológicas de los nacientes F1 y F2 dentro del área del Parque Recreativo Municipal Los Chorros en Tacares de Grecia, se realizó en el año 2013, una medición estadística de la orientación y rumbo de las fracturas de las rocas en las inmediaciones de cada manantial. Esto debido a que el agua subterránea que aflora en estas nacientes viaja por las fracturas de las rocas y por lo tanto; si se conoce la orientación preferencial de dichas estructuras se puede conocer la dirección de flujo del agua subterránea. Naciente F1 El afloramiento donde se encuentra el manantial presenta dimensiones aproximadas de 30 m de ancho por 10 m de alto. La roca, está constituida por una colada de lava andesítico-basáltica, la cual en su parte basal es masiva de baja a medianamente fracturada; mientras que su parte superior está compuesta por una autobrecha de la misma composición, esta colada se ha asociado al miembro Colima Superior. Naciente F1: Manantiales permanentes, difusos, de ladera, tipo tubo en el parque Los Chorros, donde el agua aflora en las zonas de contacto (línea roja) entre las rocas permeables en la parte superior (lavas fracturadas) y rocas poco permeables en la parte inferior (tobitas arcillitizadas). Foto: José Daniel López, 2013. 30 Naciente F2 A diferencia del manantial anterior, el agua brota en una autobrecha, también correlacionada con el miembro Colima Superior, el afloramiento presenta dimensiones de 4 x 3 m, y tiende a colapsar con facilidad debido a que el afloramiento de agua tiende a “lavar” la escasa matriz de suelo que soporta a los clastos; debido a esto el agua a veces puede tender a salir con sedimentos y de color café claro. Naciente F2, agua aflorando en el contacto de la autobrechas de la lava, con una capa inferior de tobita impermeable. Foto: Juan Vargas, 2013. Ambos manantiales, se encuentran en la misma unidad geomorfológica, conformada por pendientes de entre unos 15° a 25°. Esta unidad se ha originado producto de la actividad volcánica, que generó coladas y otros depósitos con orientación SW. A partir del mapa local de la geología, se evidencia que el agua subterránea en ambas nacientes (F1 y F2) se desplaza por medio de una misma colada de lava andesítico- basáltica, compuesta por una parte masiva de por lo menos 4 m de espesor, esta parte masiva está limitada por una autobrecha de colada. 31 Mapa que muestra los diferentes frentes de coladas de lava en el parque Recreativo Municipal Los Chorros. Obsérvese que tanto la fuente F1 y F2, son producto de la misma colada de lava. En ambas nacientes, el agua tiende a aflorar debido a un contacto entre la colada de lava con un depósito de tobita arcillitizada poco permeable y de baja transmisibilidad (de acuerdo a lo visto en campo) que subyace a la colada y juega el papel de acuicludo en el área. En general, el análisis de fracturas ha determinado que hay una tendencia de las mismas a poseer una dirección de rumbo aproximada Este – Oeste con buzamientos que presentan inclinaciones muy altas, superiores a los 80°. Esto condiciona, al menos en el sector de afloramiento del manantial, la dirección del flujo del agua, que aunado a la morfología de las coladas, evidencia que también la dirección de flujo del agua en la zona de afloramiento de estas nacientes (F1 y F2) es en dirección de este a oeste. 32 Figura 10: Mapa de rumbos de la zona de estudio, se presentan las direcciones de flujo de agua de las nacientes y los rumbos de las fracturas medidas, expresados en diagramas de rosas. Las fracturas analizadas presentan una dirección paralela a la Falla de Alajuela, además de presentar un movimiento siniestral, lo que coincide con los desplazamientos observados en los ríos y quebradas de la zona. En general; el análisis del macizo rocoso determinó que los sectores estudiados son muy semejantes con un espaciado de fracturas superior a los 40 cm, lo que genera poca densidad de fracturas, pero que es compensado por la continuidad de las mismas (que son métricas) y por su apertura que puede llegar a ser de hasta 5 cm. Al comparar las características de los manantiales investigados en el Parque Municipal Recreativo Los Chorros, se obtiene la siguiente tabla resumen. 33 Resumen de las características de las nacientes F1 y F2. Naciente F1 Naciente F2 Unidad Geomorfológica Laderas volcánicas moderadamente disectadas Laderas volcánicas moderadamente disectadas Litología Lavas masivas y brechas andesíticas basálticas. Brechas monomicticas andesíticas basálticas. Unidad Geológica Formación Colima Superior Formación Colima Superior Acuífero Colima Colima Capa subyacente Tobita arcillitizada Tobita arcillitizada Rumbo de Fracturas 101° (Aprox. Este- Oeste) 97°(Aprox. Este- Oeste) Ángulo de Buzamiento 89 82 Espaciado de Fracturas 50 cm 40 cm Continuidad de Fracturas 4 m 2 m Abertura de Fracturas 2-5 mm 2-3 mm Rugosidad de Fracturas Plano-Rugosa Plano-Rugosa Relleno Sin relleno Sin relleno/suelo De acuerdo con lo expuesto anteriormente, se concluye que ambas nacientes descargan agua proveniente de un mismo flujo local proveniente del Acuífero Colima, el cual se desplaza por el medio fisurado de una misma colada de lava con orientación SW y que por efecto de la Falla de Alajuela, el frente de ésta toma la dirección Este-Oeste, lo cual se ve reflejado en la geomorfología y en el análisis estadístico de las fracturas. 34 MANANTIAL CELEDONIO, CARTAGO En el año 2016, se realizó un estudio de reconocimiento geológico del Manantial Celedonio, siendo captado por el acueducto municipal de Cartago, que permite el suministro de agua potable para las poblados más cercanos a dicha captación, adicionalmente parte del agua es utilizada en labores de riego para los campos de cultivos agrícolas ubicados alrededor de la misma. Esta naciente presenta la particularidad de que durante los meses de invierno es recurrente observar un cambio en las condiciones de coloración y turbidez del agua captada, principalmente después de los periodos de lluvias intensas, situación por la cual surgió la necesidad de investigar el causante de dichos cambios en las condiciones del agua. Captación del manantial Celedonio, localizado en el Alto de Chinchilla en Cartago, obsérvese, al fondo, el afloramiento de rocas tipo lavas. Foto: Mario Arias, 2016. 35 Con el fin de realizar un reconocimiento general de la zona de captación, se evaluaron aspectos como la geología y los principales usos de suelo existentes en las zonas circundantes, además del levantamiento de datos correspondientes a las principales unidades de roca observadas en la zona, incluyendo la recolección de muestras para su posterior análisis petrográfico con el fin de determinar el tipo de roca aflorante, su composición y grado de alteración, entre otros aspectos. De igual manera, se procedió a realizar la toma de muestras de agua tanto en la zona de la captación como en algunas exposiciones de nivel freático que se ubicaron en el borde del cauce del río Chinchilla, esto con el objetivo de analizar desde el punto de vista bacteriológico y físico químicos la calidad del agua y posibles elementos que estén asociados con el cambio en la coloración y turbidez del agua. Adicionalmente al trabajo de campo, se llevó a cabo la búsqueda y consulta de información geológica disponible para el área de estudio, así como también la revisión de algunos registros de pozos cercanos a la zona en procura de obtener una mejor comprensión de las principales litologías que componen dicha área. El área cercana a la naciente Celedonio, se caracteriza geológicamente por la presencia de dos diferentes litologías que corresponden básicamente con un amplio depósito tipo lahar, mismo que se halla aflorando de manera extendida tanto en la parte norte del área de estudio, como también en el extremo sur de la misma. La segunda litología que se encuentra en la zona corresponde con una sección de coladas de lava de composición andesítica-basáltica, las cuales se caracterizan por presentar significativas variaciones en su grado de alteración, estas se encuentran aflorando en la parte central del área de estudio. Colada de lava andesítico-basáltica aflorante en la cuesta La Chinchilla. Foto David Araya, 2015. Depósito lahárico aflorando en el cauce del río Chinchilla. Foto David Araya, 2015 36 Del análisis petrográfico realizado en las secciones delgadas de roca se comprueba el alto porcentaje de minerales de plagioclasa existente, tanto la matriz como en fenocristales. La plagioclasa es un feldespato de la serie calco-sódica que presenta solución sólida de los términos extremos: albita (6SiO2Al2O3Na2O) y anortita (4SiO22Al2O32CaO). Las plagioclasas de composición intermedia se denominan oligoclasa (10